DE102007004794A1 - Controller block with monitoring by a watchdog - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Controllerbaustein mit einer Überwachung durch einen Watchdog, wobei zum Controllerbaustein eine Recheneinheit und ein adressierbarer Portbaustein gehören, die beide jeweils mit einem controllerinternen Adressbus und mit einem controllerinternen Datenbus verbunden sind, wobei innerhalb einer Komponente des Controllerbausteins mindestens eine Rechenaufgabe abgelegt ist, die als Ergebniswert die Adresse des Portbausteins ergibt, wobei die Recheneinheit die Rechenaufgabe zyklisch berechnet und den Ergebniswert auf den Adressbus gibt und wobei die Recheneinheit einen Datenwert auf den Datenbus gibt, der bei korrekt adressiertem Portbaustein am Ausgang des Portbausteins als ein Signal zum Zurücksetzen des Watchdogs erscheint.The invention relates to a controller module with monitoring by a watchdog, wherein the controller module includes an arithmetic unit and an addressable port module, each of which is connected to an internal controller address bus and to a controller internal data bus, wherein within a component of the controller module at least one arithmetic task is stored the result being the address of the port block, the arithmetic unit calculating the arithmetic task cyclically and outputting the result value to the address bus and the arithmetic unit giving a data value to the data bus which appears as a signal for resetting the watchdog if the port block is correctly addressed at the port block output ,
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Controllerbaustein mit einer Überwachung durch einen Watchdog, wobei zum Controllerbaustein eine Recheneinheit und ein adressierbarer Portbaustein gehören, die beide jeweils mit einem controllerinternen Adressbus und mit einem controllerinternen Datenbus verbunden sind.The The present invention relates to a controller module with a monitor by a watchdog, wherein the controller module is a computing unit and an addressable port block, both each with an internal controller address bus and with a controller internal Data bus are connected.
Aus
dem japanischen Patent Abstract
Viele Einrichtungen des täglichen Lebens sind heute mit einem Mikrocontroller versehen. Bei besonders wichtigen oder sicherheitskritischen Einrichtungen wird die korrekte Funktion des Mikrocontrollers durch besondere Maßnahmen sichergestellt, wie beispielsweise durch einen mehrfachen und damit redundanten Einbau von sicherheitskritischen Komponenten. Hierdurch entsteht ein relativ hoher Kostenaufwand.Lots Facilities of daily life are today with one Microcontroller provided. For particularly important or safety-critical Facilities will perform the correct function of the microcontroller ensure special measures, such as through a multiple and thus redundant installation of safety-critical components. This creates a relatively high cost.
Vielfach ist zur Überwachung eines Controllerbausteins ein sogenannter Watchdog vorgesehen. Dabei handelt es sich um einen durch Hardware oder Software realisierten Zähler oder Timer, der innerhalb regelmäßiger Zeitabläufe durch ein Signal zurückgesetzt wird, und der, falls das Signal ausbleibt, eine Sicherheitsfunktion auslöst, etwa durch das Zurücksetzen des Controllerbausteins oder durch Abschalten von mehr oder weniger großen Teilen der überwachten Einrichtung.frequently is a so-called for monitoring a controller module Watchdog provided. It is one by hardware or software realized counters or timers that are within regular Timing is reset by a signal, and, if the signal fails, triggers a safety function, for example, by resetting the controller module or by switching off more or less large parts of the monitored Facility.
Ein Watchdog überprüft somit, ob ein zurücksetzendes Signal regelmäßig auftritt. Wie zuverlässig damit Fehler erkannt werden, hängt besonders von der Art und Weise ab, wie das zurücksetzende Signal gewonnen wird. So kann bei einem ansonsten regelmäßigen Programmablauf einer Recheneinheit oftmals nicht erkannt werden, wenn die Recheneinheit arithmetische Operationen fehlerhaft ausführt. Um auch derartige Fehler aufzudecken, werden häufig zwei unabhängig voneinander arbeitende Recheneinheiten vorgesehen, die ihre Rechenergebnisse gegenseitig überprüfen. Dies erfordert allerdings einen erheblichen Kostenaufwand.One Watchdog thus checks whether a resetting Signal occurs regularly. How reliable with it Mistakes are recognized, depends on the type and See how the reset signal is obtained. This can be done with an otherwise regular program a computing unit are often not recognized when the arithmetic unit Performing operations incorrectly. To such errors often uncover two independently working arithmetic units are provided which mutually check their calculation results. However, this requires a considerable cost.
Es stellte sich die Aufgabe, einen Controllerbaustein zu schaffen, bei dem insbesondere in einer Recheneinheit auftretende arithmetische Fehler auf einfache und kostengünstige Weise zuverlässig erkannt werden können.It set itself the task of creating a controller module, in the arithmetic occurring in particular in a computing unit Error in a simple and cost-effective manner reliable can be recognized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass innerhalb einer Komponente des Controllerbausteins mindestens eine Rechenaufgabe abgelegt ist, die als Ergebniswert die Adresse des Portbausteins ergibt, dass die Recheneinheit die Rechenaufgabe zyklisch berechnet und den Ergebniswert auf den Adressbus gibt und dass die Recheneinheit einen Datenwert auf den Datenbus gibt, der bei korrekt adressiertem Portbaustein am Ausgang des Portbausteins als ein Signal zum Zurücksetzen des Watchdogs erscheint.These The object is achieved according to the invention that within a component of the controller module at least a calculation task is stored, the result being the address of the port block indicates that the arithmetic unit is the arithmetic task cyclically calculated and the result value is on the address bus and that the arithmetic unit gives a data value to the data bus, the with correctly addressed port block at the output of the port block appears as a signal to reset the watchdog.
Der erfindungsgemäße Controllerbaustein führt somit Rechenaufgaben, und zwar insbesondere numerische Rechenaufgaben durch, deren Ergebnisse zur Überprüfung der korrekten Funktion der Recheneinheit verwendet werden.Of the Controller module according to the invention leads thus arithmetic tasks, in particular numerical arithmetic tasks through, their results to verify the correct Function of the arithmetic unit are used.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein stark vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Controllerbausteins.advantageous Embodiments and developments of the invention are in the dependent Claims cited. The following is an embodiment of the invention illustrated with reference to the drawing and closer explained. The single figure shows a greatly simplified Block diagram of a controller module according to the invention.
Der Controllerbaustein (CB) weist zumindest eine Recheneinheit (CPU) und einen Portbaustein (IO) auf. Der Portbaustein (IO) kann dabei beispielsweise ein serieller oder paralleler Eingabe-/Ausgabebaustein sein. Die Recheneinheit (CPU) und der Portbaustein (IO) stehen über einen Adressbus (AB) und einen Datenbus (DB) miteinander in Verbindung, wobei die Recheneinheit (CPU) den Portbaustein (IO) über den Adressbus (AB) ansprechen kann. Über den Datenbus (DB) können Datenwerte von der Recheneinheit (CPU) zum Portbaustein (IO), und umgekehrt, übertragen werden.Of the Controller module (CB) has at least one processor unit (CPU) and a port block (IO). The port block (IO) can do this for example, a serial or parallel input / output module be. The arithmetic unit (CPU) and the port block (IO) are over an address bus (AB) and a data bus (DB) with each other, wherein the arithmetic unit (CPU) the port block (IO) via the Address bus (AB) can address. Via the data bus (DB) can data values from the processing unit (CPU) to the port block (IO), and vice versa.
Des weiteren weist der Controllerbaustein (CB) eine interne Komponente (SP) auf, realisiert beispielsweise als Speicherbaustein (SP), in der zumindest eine Rechenaufgabe (RA) und vorzugsweise mehrere Rechenaufgaben (RA) abgelegt sind. Der Begriff Rechenaufgabe (RA) steht dabei allgemein für einen algorithmischen Ablauf, der von der Recheneinheit (CPU) ausgeführt werden kann und als Ergebnis einen numerischen Ergebniswert liefert. Die mindestens eine Rechenaufgabe (RA) ist dabei so vorgegeben, dass sie als Ergebniswert die Adresse des Portbausteins (IO) liefert.Of Furthermore, the controller module (CB) has an internal component (SP) realized, for example, as a memory device (SP), in the at least one computational task (RA) and preferably several computational tasks (RA) are stored. The term mathematical problem (RA) stands generally for an algorithmic process executed by the computing unit (CPU) and returns a numeric result value as the result. The at least one calculation task (RA) is specified in this way, that it supplies the address of the port block (IO) as the result value.
Vorgesehen ist außerdem ein Watchdog (WD) in Hardware- oder Softwareausführung, der einen zurücksetzbaren Zähler oder Timer enthält. Der Watchdog (WD), der hier als ein externes Bauelement dargestellt ist, kann alternativ auch als eine in den Controllerbaustein (CB) integrierte Komponente ausgeführt sein.Intended is also a hardware or software watchdog (WD), which contains a resettable counter or timer. The watchdog (WD), shown here as an external device is, alternatively, as one in the controller module (CB) be executed integrated component.
Erfolgt das Zurücksetzen des Watchdogs (WD) nicht regelmäßig innerhalb eines Zeitfensters oder vor Ablauf einer Maximalzeit, so generiert dieser ein Ausgangssignal, welches hier einem Rücksetzeingang (RESET) des Controllerbausteins (CB) zugeführt wird und ein Neustarten des Controllerbausteins (CB) bzw. der Recheneinheit (CPU) mit definierten Anfangsbedingungen bewirkt. Alternativ kann das Ausgangssignal des Watchdogs (WD) auch ein Abschalten des durch den Controllerbaustein (CB) gesteuerten Gerätes bewirken.If the watchdog is reset (WD) not regularly within a time window or before a maximum time expires, it generates an output signal, which is supplied to a reset input (RESET) of the controller module (CB) and a restart of the controller module (CB) or the processing unit (CPU) with defined initial conditions causes. Alternatively, the output signal of the watchdog (WD) can also switch off the device controlled by the controller module (CB).
Der beschriebene Aufbau hat insbesondere den Zweck, die Funktionsfähigkeit des Controllerbausteins (CB) und speziell der Recheneinheit (CPU), regelmäßig zu überprüfen und damit sicherzustellen. Dabei ist es wesentlich, dass besonders auch die arithmetischen Funktionen, also das „korrekte Rechnen" der Recheneinheit (CPU), überwacht werden.Of the The structure described in particular has the purpose of functioning the controller module (CB) and especially the processing unit (CPU), to check regularly and to ensure that. It is essential that especially the arithmetic functions, ie the "correct arithmetic" the computing unit (CPU) to be monitored.
Zur Überprüfung bearbeitet die Recheneinheit (CPU) innerhalb des üblichen Programmablaufs Rechenaufgaben (RA), die beispielsweise in einem internen Speicherbaustein (SP) abgelegt sind und die die Recheneinheit (CPU) aus diesem Speicherbaustein (SP) abruft. Die Recheneinheit (CPU) berechnet hieraus einen numerischen Ergebniswert.For checking Edits the arithmetic unit (CPU) within the usual Program execution arithmetic tasks (RA), for example, in an internal Memory module (SP) are stored and the computing unit (CPU) from this memory block (SP) retrieves. The computing unit (CPU) calculates a numeric result value from this.
Die Recheneinheit (CPU) kann diesen Ergebniswert allerdings nicht selbst zuverlässig auf Korrektheit überprüfen, da bei einem fehlerhaften Ergebniswert es zumindest nicht auszuschließen ist, dass die Überprüfung des Ergebniswertes ebenfalls fehlerbehaftet wäre.The However, the processing unit (CPU) can not do this result itself reliably check for correctness, because at a faulty result value it at least not be ruled out is that checking the result value is also buggy would.
Die Lösung dieses Problems besteht darin, das Ergebnis extern, also außerhalb der Recheneinheit (CPU) zu überprüfen. Hierzu könnte eine Berechnung derselben Rechenaufgabe durch eine zweite, unabhängige Recheneinheit oder ein Abruf des gespeicherten Ergebnisses, und ein Vergleich der beiden Ergebniswerte vorgesehen werden. Ein solcher Aufbau wäre aber sehr aufwendig.The Solution to this problem is to externalize the result, So outside of the arithmetic unit (CPU) to check. For this purpose, a calculation of the same calculation task by a second, independent arithmetic unit or a retrieval of the stored result, and a comparison of the two result values be provided. Such a structure would be very expensive.
Statt dessen erfolgt die externe Überprüfung dadurch, dass der Ergebniswert zur Adressierung eines Portbausteins (IO) verwendet wird. Die mindestens eine im Speicherbaustein (SP) abgelegte Rechenaufgabe (RA) ist so gebildet, dass sie als Ergebniswert die Adresse des Portbausteins (IO) liefert. Die Recheneinheit (CPU) gibt daraufhin das Ergebnis der Berechnung auf den Adressbus (AB). Ist das Rechenergebnis korrekt, so wird der Portbaustein (IO) angesprochen. Ein anschließend von der Recheneinheit (CPU) auf den Datenbus (DB) gegebener Datenwert gelangt somit auf den Portbaustein (IO), welcher darauf ein diesem Datenwert entsprechendes Signal an seinem Ausgang ausgibt, welches ein Zurücksetzen des Watchdogs (WD) bewirkt.Instead of whose external verification is done by the result value for addressing a port block (IO) is used. The at least one stored in the memory module (SP) Computational task (RA) is formed so that they are the result of the Address of the port block (IO) returns. The computing unit (CPU) then returns the result of the calculation to the address bus (AB). If the calculation result is correct, the port block (IO) is addressed. A subsequent from the arithmetic unit (CPU) to the data bus (DB) given data value thus reaches the port block (IO), which thereupon a signal corresponding to this data value at its Output outputs, which is a reset of the watchdog (WD) causes.
Berechnet dagegen die Recheneinheit (CPU) den Ergebniswert fehlerhaft, so wird der Portbaustein (IO) nicht adressiert und der Portbaustein (IO) gibt entsprechend kein Signal zum Zurücksetzen des Watchdogs (WD) aus. In diesem Fall erzeugt der Watchdog (WD) ein Ausgangssignal für den Rücksetzeingang (RESET) des Controllerbausteins (CB).Calculated however, the arithmetic unit (CPU) faulty the result, so the port block (IO) is not addressed and the port block (IO) Accordingly, there is no signal for resetting the watchdog (WD) off. In this case, the watchdog (WD) generates an output signal for the reset input (RESET) of the controller block (CB).
Die Sicherheit der Überprüfung kann weiter erhöht werden, wenn auch der Datenwert, den die Recheneinheit (CPU) auf den Datenbus (DB) gibt, zuvor von der Recheneinheit (CPU) als Ergebnis einer Rechenaufgabe (RA) bestimmt wird.The Security of verification can be further increased are, even if the data value, the processing unit (CPU) on the data bus (DB), previously from the arithmetic unit (CPU) as a result a calculation task (RA) is determined.
In dieser Hinsicht ist es auch vorteilhaft, wenn die Recheneinheit (CPU) nicht immer die gleiche Rechenaufgabe (RA) zur Bestimmung der Adresse des Portbausteins (IO) löst, sondern mehrere unterschiedliche Rechenaufgaben (RA) nacheinander, vorzugsweise in zufälliger Reihenfolge. Hierdurch wird die Recheneinheit (CPU) in einem größeren Umfang getestet, so dass mit einer größeren Sicherheit auch kleinere und spezifischere Fehler der Recheneinheit (CPU) aufgedeckt werden können.In In this regard, it is also advantageous if the computing unit (CPU) not always the same arithmetic problem (RA) for determination the address of the port block (IO) triggers, but several different computing tasks (RA) in succession, preferably in random order. This will cause the arithmetic unit (CPU) tested to a greater extent, so that with greater security also smaller and More specific errors of the arithmetic unit (CPU) can be revealed.
- ABFROM
- Adressbusaddress
- CBCB
- Controllerbausteincontroller chip
- CPUCPU
- Recheneinheitcomputer unit
- DBDB
- Datenbusbus
- IOIO
- Portbausteinport module
- RARA
- Rechenaufgabe(n)Calculation (n)
- RESETRESET
- Reset-EingangReset input
- SPSP
- Komponente (Speicherbaustein)component (Memory block)
- WDWD
- WatchdogWatchdog
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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